Vapeur d'eau

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Courbe de création de la vapeur d’eau (dont le domaine est en grisé) ; en ordonnée (échelle logarithmique), la pression en bars ; en abscisse, la température en degrés Celsius.
Évolution des teneurs connues de quelques gaz de l'atmosphère terrestre (autrefois plus riche en vapeur d'eau, et plus acide (en raison de l'acide carbonique formé avec le CO2).
Pour rendre ces variations plus visibles, l'échelle temporelle n'est pas linéaire.

La vapeur d'eau est l'état gazeux de l'eau. C'est un gaz inodore et incolore. Le langage familier et quotidien tend à identifier la vapeur d'eau à un brouillard ou à une fumée, ce qui est faux.

De manière plus générale, la vapeur humide ou vapeur saturante désigne la vapeur en équilibre avec le liquide dans une coexistence de phase[1].

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

La pression de vapeur saturante est une fonction de la température pour laquelle de nombreuses formules d’approximation ont été établies. La plus simple est la formule de Duperray dont la précision varie de 1 % à 6 % entre 100 °C et 280 °C[2] :

 \qquad p_S = \left(\frac{t}{100}\right)^4

qui donne pS en atmosphères pour t exprimé en degrés Celsius.

Propriétés de la vapeur d’eau et de l’eau liquide aux conditions de saturation

Tempéra-
ture
(°C)
Tension
de vapeur

(kPa)
Volume massique (m³/kg) Chaleur de
vaporisation
(kJ/kg)
Liquide Vapeur
-15 0,191 8  
0 0,611 0,001 000 21 206,310 2 500
100 101,325 0,001 043 5 1,673 2 257
200 1 555,0 0,001 156 5 0,127 18 1 938
300 8 592 0,001 403 6 0,021 62 1 403
374 22 087 0,002 79 0,003 65 147

Le point critique de l’eau est : 374,1 °C, 220,87 bar.

Chaleur massique à volume constant, 100 °C, 1 atm : 1410 J/kg.K

Vitesse du son : 401 m/s à 130 °C ; celle-ci augmente très fortement avec la température : elle est d’environ 800 m/s à 1 000 °C.

Utilisation industrielle[modifier | modifier le code]

Montage d’une turbine à vapeur Siemens

L’industrie a fait de nombreux usages de la vapeur d’eau ; principalement comme fluide caloporteur ou pour le fonctionnement de machines à vapeur (voir en particulier la turbine à vapeur, la locomotive à vapeur). Accessoirement, sa détente est utilisée dans des éjecteurs à vapeur servant à pomper des fluides (pour faire le vide, par exemple), ou dans des sirènes ou sifflets. On utilise aussi ses propriétés de transfert de chaleur pour les procédés de stérilisation.

La vapeur est produite dans des chaudières chauffées par un combustible fossile, parfois électriques, ou bien plus généralement par ébullition de l’eau mise au contact d’une source chaude, comme indirectement dans les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP), ou directement dans les réacteurs nucléaires à eau bouillante (REB), ou dans le sous-sol afin d’exploiter l’énergie géothermique ou encore dans les centrales solaires à concentration.

Tables de vapeur[modifier | modifier le code]

Les tables de vapeur sont des tables de données thermodynamiques concernant l'eau et la vapeur. Les bases de données informatiques ont remplacé les tables imprimées. Elles sont utilisées par les chercheurs et ingénieurs dans la conception des processus et des équipements utilisant la vapeur. Les diagrammes thermodynamiques des phases eau/vapeur, les diagrammes entropie/température, les diagrammes de Mollier sont aussi d'usage courant dans ce domaine.

Autres utilisations[modifier | modifier le code]

Fer à vapeur, dont la semelle est percé d’orifices destinés au passage de la vapeur.

Il existe de nombreux usages domestiques de la vapeur d’eau, notamment :

La vapeur est également utilisée dans :

Gaz à effet de serre[modifier | modifier le code]

Présente en grande quantité dans l'atmosphère, la vapeur d'eau est le principal gaz à effet de serre. Cependant, on en parle peu dans le cadre du réchauffement climatique car l'atmosphère est saturée en vapeur d'eau, si bien que son potentiel réchauffant (le forçage radiatif) maximal est déjà atteint. De plus, le dioxyde de carbone, gaz à effet de serre le plus souvent cité, agit dans une gamme spectrale où la vapeur d'eau n'a aucun effet de serre. Ces deux raisons résolvent la contradiction apparente entre le fait que la vapeur d'eau soit le principal gaz à effet de serre et que le dioxyde de carbone soit le principal responsable du réchauffement climatique.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. H. Stöcker - F. Jundt - G. Guillaume. Toute la physique - Édition DUNOD - ISBN 2100039423
  2. Formules-physique, « Pression d'une vapeur », sur www.formules-physique.com (consulté le 6 novembre 2014)